CN108507909A - 一种平板颗粒度检测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种平板颗粒度检测装置，包括：照明单元，用于产生照明视场；探测单元，照明单元产生的入射光经被检测平板表面的异物散射，产生的散射光被探测单元接收，所述探测单元的光轴方向与所述照明单元产生的入射光入射至所述被检测平板表面的法线方向平行；还包括测量光束调整单元，所述入射光经所述被检测平板的上表面反射后产生反射光，所述测量光束调整单元将所述反射光与所述散射光分离。本发明在传统照明单元与探测单元之间增加测量光束调整单元，将散射光与反射光分离，确保反射光不会进入探测单元内；另外，探测单元的光轴方向与所述照明单元产生的入射光入射至所述被检测平板表面的法线方向平行，提高了不同系统配置下的设计兼容性。

Description

一种平板颗粒度检测装置
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种平板颗粒度检测装置。
背景技术
在半导体集成电路或平板显示的制备工艺中，为提高产品良率，污染控制是一个至关重要的环节。掩模板、硅片或玻璃基板等在进行曝光前，都需要进行异物(包括外来颗粒、指纹、划痕、针孔等)检测。
一般集成在光刻设备中的颗粒度检测装置通常采用暗场散射测量技术，其检测原理如图1所示，即：掩模台30上承载掩模40，从辐射光源10发出的光线11经掩模40上的异物散射，被散射的信号光12进入探测单元20。但这种检测装置结构会受到颗粒镜像串扰(掩模下表面为铬时尤为严重)及掩模下表面pattern串扰的影响(如图2和3所示，实验中采集到的原始图像)，会严重影响探测信号的信噪比，进而影响检测准确性。
为解决上述问题，提出如图4所示的方案，即通过控制入射角50、接收角60及照明视场的约束，对颗粒镜像串扰和pattern串扰的抑制进行了分析，能够提出设计方案的理论配置，从而解决前述的颗粒镜像串扰问题与pattern串扰问题。但采用该方案时，系统配置无法覆盖全入射角50、接收角60。如图5所示，当反射光13进入成像模块20视场边缘时，反射光13的光强会叠加于散射信号光12，从而导致颗粒尺寸判断失准。此外，该方案中，成像模块20光轴方向与接收角60相同，会受其它系统参数配置的约束，因此成像模块20的支撑、装配、夹持等必须随着接收角60的改变进行调整，兼容性差。
发明内容
本发明提供一种平板颗粒度检测装置，以解决上述技术问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种平板颗粒度检测装置，包括：
照明单元，用于产生照明视场；
探测单元，所述照明单元产生的入射光经被检测平板表面的异物散射，产生的散射光被所述探测单元接收，所述探测单元的光轴方向与所述照明单元产生的入射光入射至所述被检测平板表面的法线方向平行；
还包括测量光束调整单元，所述入射光经所述被检测平板的上表面反射后产生反射光，所述测量光束调整单元将所述反射光与所述散射光分离。
较佳地，所述测量光束调整单元采用反射棱镜，所述反射棱镜的表面区域分为通光区域和反光区域，所述散射光从所述通光区域入射，经所述反射棱镜内部反射后从所述通光区域入射至所述探测单元；所述反射光入射至所述反光区域，被反射至所述探测单元的接收区域以外。
较佳地，所述反射棱镜为梯形，其中上底边和下底边均与所述被检测平板的表面平行，所述散射光从斜边入射至所述反射棱镜内部，经直角边第一次反射后入射至斜边进行第二次反射，最终从上底边射出被所述探测单元接收。
较佳地，定义所述反射棱镜的左上角为第一角θ1，从所述第一角θ1开始，按顺时针的方向依次为第二角θ2、第三角θ3和第四角θ4，所述第一至第四角的参数配置，以及所述反射棱镜的斜边上通光区域的长度l如下：
θ1＝90°-(90°-theta1)；
θ2＝360°-90°-2×theta1-(90°-beta1)＝180°-1.5×theta1；
θ3＝180°-2θ2＝1.5×theta1；
θ4＝180°-theta1；
l＝2×dl×tan(alpha1)；
其中，theta1为散射光与法线的夹角，alpha1为散射光相对于反射棱镜的物方视场角，dl为照明视场中心距所述反射棱镜斜边的距离，beta1为散射光经所述反射棱镜的第二角θ2和第三角θ3之间的边反射的反射角。
较佳地，所述测量光束调整单元包括第一、第二、第三反射镜，所述散射光依次经所述第一反射镜和第二反射镜的反射，入射至所述探测单元；所述反射光经所述第三反射镜反射至所述探测单元的接收区域以外；所述第一反射镜与所述平板的夹角为θ5＝180°-1.5×theta1；所述第二反射镜与第三反射镜在同一直线上，且第二反射镜位于所述第三反射镜的上方，它们与所述平板的夹角为θ6＝180°-theta1；所述第一反射镜的长度尺寸l1大于2×d1×tan(alpha1)；所述第二反射镜的长度尺寸l2大于2×(d1+d3)×tan(alpha1)；第三反射镜的长度尺寸l3大于0，且小于2×(h1-h2)，其中，theta1为散射光与法线的夹角，alpha1为散射光相对于反射棱镜的物方视场角，d1为照明视场中心距所述反射棱镜斜边的距离，h1为第三反射镜接收到反射光位置处距平板的距离，h1＝d2/tan(beta)，h2为经过第三反射镜接收到反射光位置处的垂线与散射光相交的最高点距平板的距离，h2＝d2/tan(theta1-alpha1)，beta为入射光与法线的夹角。
较佳地，所述照明单元产生的照明视场为线照明视场。
较佳地，所述探测单元包括成像光路和TDI相机，散射光和反射光经所述测量光束调整单元分离后，所述散射光经由成像光路汇聚至所述TDI相机。
与现有技术相比，本发明提供的平板颗粒度检测装置，包括：照明单元，用于产生照明视场；探测单元，所述照明单元产生的入射光经被检测平板表面的异物散射，产生的散射光被所述探测单元接收，所述探测单元的光轴方向与所述照明单元产生的入射光入射至所述被检测平板表面的法线方向平行；还包括测量光束调整单元，所述入射光经所述被检测平板的上表面反射后产生反射光，所述测量光束调整单元将所述反射光与所述散射光分离。本发明在传统照明单元与探测单元之间增加测量光束调整单元，将散射光与反射光分离，确保反射光不会进入探测单元内；另外，探测单元的光轴方向与所述照明单元产生的入射光入射至所述被检测平板表面的法线方向平行，提高了不同系统配置下的设计兼容性。
附图说明
图1为现有的平板颗粒度检测装置的基本原理图；
图2和图3分别为颗粒镜像串扰和掩模下表面pattern串扰的示意图；
图4为改进后的平板颗粒度检测装置的结构示意图；
图5为改进后的平板颗粒度检测装置的受反射光影响的示意图；
图6为本发明实施例一提供的平板颗粒度检测装置的结构示意图；
图7为本发明实施例一提供的平板颗粒度检测装置的反射棱镜参数配置示意图；
图8为本发明实施例二提供的平板颗粒度检测装置的结构示意图；
图9为本发明实施例三提供的平板颗粒度检测装置的结构示意图。
图1-5中：10-辐射光源、11-光线、12-信号光、13-反射光、20-探测单元、30-掩模台、40-掩模、50-入射角、60-接收角；
图6-9中：100-照明单元，101-入射光，102-散射光，103-反射光，200-探测单元，300-承台，400-被检测平板，500-入射角，600-接收角，700-反光区域，800、900-通光区域；
70-第一反射镜、90-第二反射镜、80-第三反射镜。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。需说明的是，本发明附图均采用简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
实施例一
本发明提供的平板颗粒度检测装置，如图6所示，包括：
照明单元100，用于产生照明视场，具体为线照明视场；
探测单元200，所述照明单元100产生的入射光101经被检测平板400表面的异物散射，承台承载所述被检测平板400，产生的散射光102被所述探测单元200接收，所述探测单元200的光轴方向与所述照明单元100产生的入射光101入射至所述被检测平板400表面的法线方向平行；
还包括测量光束调整单元，所述入射光101经所述被检测平板400的上表面反射后产生反射光103，所述测量光束调整单元将所述反射光103与所述散射光102分离。具体地，所述探测单元200包括成像光路和TDI相机，散射光102和反射光103经所述测量光束调整单元分离后，所述散射光102经由成像光路汇聚至所述TDI相机。
本实施例中，所述测量光束调整单元采用反射棱镜，所述反射棱镜的表面区域分为通光区域800、900和反光区域700，其中，所述散射光102从所述通光区域800入射，经所述反射棱镜内部反射后从所述通光区域900入射至所述探测单元200；所述反射光103入射至所述反光区域700，被反射至所述探测单元200的接收区域以外，从而实现反射光103与散射光102的分离，确保反射光103不会进入探测单元200内，进而避免反射光103对检测准确性造成影响。
较佳地，请重点参考图7，所述反射棱镜为梯形，其中上底边和下底边均与所述被检测平板400的表面平行，所述散射光102从斜边入射至所述反射棱镜内部，经右边第一次反射后入射至左边进行第二次反射，最终从上底边射出被所述探测单元200接收，本实施例中，反射光103从下底边被反射至所述探测单元200的接收区域以外。具体地，定义所述反射棱镜的左上角为第一角θ1，从所述第一角θ1开始，按顺时针的方向依次为第二角θ2、第三角θ3和第四角θ4，所述第一至第四角的参数配置，以及所述反射棱镜的斜边上通光区域800的长度l如下：
θ1＝90°-(90°-theta1)；
θ2＝360°-90°-2×theta1-(90°-beta1)＝180°-1.5×theta1；
θ3＝180°-2θ2＝1.5×theta1；
θ4＝180°-theta1；
l＝2×dl×tan(alpha1)；
其中，theta1为散射光102与法线的夹角，alpha1为散射光102相对于反射棱镜的物方视场角，dl为照明视场中心距所述反射棱镜斜边的距离，beta1为散射光102经所述反射棱镜的第二角θ2和第三角θ3之间的边反射的反射角。
由于反射棱镜的斜面与法线的夹角为90°-theta1，且2×beta1＝90°-theta1，所以beta1＝theta1÷2。
当alpha1＝0.8°，theta1＝60°，dl＝10mm时，根据上述公式，可得θ1＝60°，θ4＝120°，θ2＝90°，θ3＝90°，l＝0.28mm。
通过对反射棱镜进行上述配置，可使探测单元200的方向始终不变。此外，通过更换不同配置的反射棱镜，可使同一套探测单元200覆盖全部散射接收角600。
例如，若系统需检出被检测平板400表面存在的一类条纹状脏污痕迹，该类型脏污痕迹为周期70um至150um、占空比0.8的一维光栅，采用630nm光源、入射角500为62°，theta1为60°、alpha1为0.8°的系统配置。根据光栅方程d[sin(theta_i)-sin(theta_m)]＝mλ(其中d为光栅周期，theta_i为入射角，theta_m为对应级次m的散射角，λ为入射波长)，结合严格耦合波法进行仿真分析，可得到对应散射级次的散射角和散射效率如下两表所示(0级次为反射光)：
表1光栅散射角对应表
表2光栅散射效率对应表
此时所采用的散射光102如下表所示：
表3散射光选用表
周期(um) 级次 散射效率
70 2 1.6600029％
75 2 1.6579864％
80 2 1.6561859％
85 2 1.6546352％
90 2 1.6531978％
95 2 1.6519621％
100 2 1.6508047％
105 2 1.6497851％
110 2 1.6488379％
115 2 1.6479739％
120 2 1.6471881％
125 2 1.6464498％
130 3 0.7431352％
135 3 0.7425552％
140 3 0.7420267％
145 3 0.7415313％
150 3 0.7410704％
若散射光102为探测器噪声10倍以上时可作为有效信号，则此时需保证探测器信噪比>10×1.6600029％÷0.7410704％＝22.4即可。
当系统由于装配等误差导致接收角theta1改变为61.2°时，所有尺寸的光栅均可采用1级散射光作为探测信号，但若采用如图4所示的配置方案，如图5所示，反射光(0级光)从成像模块的边缘进入，此时需保证探测器信噪比>10×59.5407309％÷2.4873573％＝239.8，由于目前探测器最大信噪比一般不超过150，该误差将导致系统功能无法顺利实现。
若采用本实施例所示的配置方案，使用前述的反射棱镜配置参数，反射光103(0级光)从反射棱镜的透光区域800的边界处被反射。此时保持系统结构不变即可实现散射光102与反射光103分离。
实施例二
请重点参考图8，本实施例与实施例一的区别在于：反射光103从斜边处透光区域800以外的区域被反射至所述探测单元200的接收区域以外。
反射棱镜的各项参数配置推导与实施例一相同。
即：当alpha1＝1°，theta1＝60°，dl＝8mm时，根据上述公式，可得θ1＝60°，θ4＝120°，θ2＝90°，θ3＝90°，l＝0.28mm。
通过对反射棱镜进行上述配置，可使探测单元200的方向始终不变。此外，通过更换不同配置的反射棱镜，可使同一套探测单元200覆盖全部散射接收角600。
与实施例一一致，入射光102与反射光103角度的偏差等于散射接收角600与装配误差之和，或成像光路物方视场角大于散射接收角600，从而导致使用图4所示方案产生图5所示之入射角从成像光路物方视场边缘进入探测单元的结果时，采用本实施例二所示的配置方案，可阻拦反射光102，保证系统结构不变的情况下实现散射光102与反射光103分离。
实施例三
请重点参考图9，本实施例相对于实施例一和实施例二的区别在于：测量光束调整单元的设置不同，具体地，本实施例中，所述测量光束调整单元包括第一、第二、第三反射镜70、90、80，所述散射光102依次经所述第一反射镜70和第二反射镜90的反射，入射至所述探测单元200；所述反射光103经所述第三反射镜80反射至所述探测单元200的接收区域以外，换句话说，本实施例使用第一、第二、第三反射镜70、90、80折转光路，其中，第二反射镜90和第三反射镜80用于实现相当于实施例一中的反射棱镜左侧面的功能，倾斜角度与反射棱镜左侧面相同；第一反射镜70用于实现相当于实施例一中的反射棱镜右侧面的功能，倾斜角度也与反射棱镜右侧面相同。
第一反射镜70、第二反射镜90和第三反射镜80的配置如下：
当照明光路入射角为beta，成像光路物方视场角为alpha1，散射接收角为theta1，照明视场中心距反射镜70沿成像光路物方视场角的距离为d1，照明视场中心距反射镜80接收到反射光位置处的水平距离为d2，反射镜70与反射镜80沿光路方向的距离为d3，则有：
第一反射镜70与平板40的夹角θ5＝θ2，θ5＝180°-1.5×theta1
第二反射镜90和第三反射镜80与平板40的夹角θ6＝θ4，θ6＝180°-theta1。
第一反射镜70接收到散射光的区域＝2×d1×tan(alpha1)。若第一反射镜70接收到散射光的位置为其中心，则第一反射镜70的尺寸约束只需要满足大于2×d1×tan(alpha1)即可。
第二反射镜90接收到散射光的区域＝2×(d1+d3)×tan(alpha1)。若第二反射镜90接收到散射光的位置为其中心，则反射镜90的尺寸约束只需要满足大于2×(d1+d3)×tan(alpha1)即可。
第三反射镜80接收到反射光位置处距平板40的距离为h1＝d2/tan(beta)，在此位置处，作与平板40相交的垂线，此垂线将与通过此处的散射光102相交，因此，在此位置处，散射光102距平板40的最大距离，即此垂线与散射光102相交的最高点距平板40的距离为h2＝d2/tan(theta1-alpha1)。由于beta<theta1-alpha1，故h1>h2。第三反射镜80配置于h1与h2的高度差之间的距离内，若第三反射镜80接收到反射光103的位置为其中心，则第三反射镜80的尺寸约束只需要满足大于0且小于2×(h1-h2)即可。
本实施例中，由第一、第二、第三反射镜70、90、80组成的反射镜组等同替代了反射棱镜的功能，实现了实施例一和实施例二所描述之结构。除此之外，当然也可通过其它元件或组件以等同替代的方式实现上述实施例所描述之结构。因此，此类实施例均视为等同于上述实施方式。
综上所述，本发明提供的平板颗粒度检测装置，包括：照明单元100，用于产生照明视场；探测单元200，所述照明单元100产生的入射光101经被检测平板400表面的异物散射，产生的散射光102被所述探测单元200接收，所述探测单元200的光轴方向与所述照明单元100产生的入射光101入射至所述被检测平板400表面的法线方向平行；还包括测量光束调整单元，所述入射光101经所述被检测平板400的上表面反射后产生反射光103，所述测量光束调整单元将所述反射光103与所述散射光102分离。本发明在传统照明单元100与探测单元200之间增加测量光束调整单元，将散射光102与反射光103分离，确保反射光103不会进入探测单元200内；另外，探测单元200的光轴方向与所述照明单元100产生的入射光101入射至所述被检测平板400表面的法线方向平行，提高了不同系统配置下的设计兼容性。
显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.一种平板颗粒度检测装置，其特征在于，包括：
照明单元，用于产生照明视场；
探测单元，所述照明单元产生的入射光经被检测平板表面的异物散射，产生的散射光被所述探测单元接收，所述探测单元的光轴方向与所述照明单元产生的入射光入射至所述被检测平板表面的法线方向平行；
还包括测量光束调整单元，所述入射光经所述被检测平板的上表面反射后产生反射光，所述测量光束调整单元将所述反射光与所述散射光分离。
2.如权利要求1所述的平板颗粒度检测装置，其特征在于，所述测量光束调整单元采用反射棱镜，所述反射棱镜的表面区域分为通光区域和反光区域，所述散射光从所述通光区域入射，经所述反射棱镜内部反射后从所述通光区域入射至所述探测单元；所述反射光入射至所述反光区域，被反射至所述探测单元的接收区域以外。
3.如权利要求2所述的平板颗粒度检测装置，其特征在于，所述反射棱镜为梯形，其中上底边和下底边均与所述被检测平板的表面平行，所述散射光从斜边入射至所述反射棱镜内部，经直角边第一次反射后入射至斜边进行第二次反射，最终从上底边射出被所述探测单元接收。
4.如权利要求3所述的平板颗粒度检测装置，其特征在于，定义所述反射棱镜的左上角为第一角θ1，从所述第一角θ1开始，按顺时针的方向依次为第二角θ2、第三角θ3和第四角θ4，所述第一至第四角的参数配置，以及所述反射棱镜的斜边上通光区域的长度l如下：
θ1＝90°-(90°-theta1)；
θ2＝360°-90°-2×theta1-(90°-beta1)＝180°-1.5×theta1；
θ3＝180°-2θ2＝1.5×theta1；
θ4＝180°-theta1；
l＝2×d1×tan(alpha1)；
其中，theta1为散射光与法线的夹角，alpha1为散射光相对于反射棱镜的物方视场角，d1为照明视场中心距所述反射棱镜斜边的距离，beta1为散射光经所述反射棱镜的第二角θ2和第三角θ3之间的边反射的反射角。
5.如权利要求1所述的平板颗粒度检测装置，其特征在于，所述测量光束调整单元包括第一、第二、第三反射镜，所述散射光依次经所述第一反射镜和第二反射镜的反射，入射至所述探测单元；所述反射光经所述第三反射镜反射至所述探测单元的接收区域以外；所述第一反射镜与所述平板的夹角为θ5＝180°-1.5×theta1；所述第二反射镜与第三反射镜在同一直线上，且第二反射镜位于所述第三反射镜的上方，它们与所述平板的夹角为θ6＝180°-theta1；所述第一反射镜的长度尺寸l1大于2×d1×tan(alpha1)；所述第二反射镜的长度尺寸l2大于2×(d1+d3)×tan(alpha1)；第三反射镜的长度尺寸l3大于0，且小于2×(h1-h2)，其中，theta1为散射光与法线的夹角，alpha1为散射光相对于反射棱镜的物方视场角，d1为照明视场中心距所述反射棱镜斜边的距离，h1为第三反射镜接收到反射光位置处距平板的距离，h1＝d2/tan(beta)，h2为经过第三反射镜接收到反射光位置处的垂线与散射光相交的最高点距平板的距离，h2＝d2/tan(theta1-alpha1)，beta为入射光与法线的夹角。
6.如权利要求1所述的平板颗粒度检测装置，其特征在于，所述照明单元产生的照明视场为线照明视场。
7.如权利要求1所述的平板颗粒度检测装置，其特征在于，所述探测单元包括成像光路和TDI相机，散射光和反射光经所述测量光束调整单元分离后，所述散射光经由成像光路汇聚至所述TDI相机。
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